伟大的设计

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这本书带领大家一起走过的旅程到这里就差不多要到达终点了。然而终点并不意味着结束,恰恰意味着一个新起点的开始。这个宇宙留给我们的两道终极思考题还没有找到答案。

2013年北京时间10月8日下午6点45分,在瑞典斯德哥尔摩音乐厅,白发苍苍的希格斯老先生激动地坐在台下,这位84岁的老人为了这一天,足足等了将近半个世纪。虽然诺贝尔物理学奖还未正式揭晓,但是几乎所有人都知道,今年的这个奖项非他莫属,老先生含泪等待着宣布结果的那一刻。瑞典皇家科学院没有让希格斯老先生失望,2013年的诺贝尔物理学奖众望所归地颁给了希格斯和比希格斯小3岁的恩格勒,以表彰他们在49年前提出的希格斯玻色子模型。就在一年多前的2012年7月4日,欧洲核子研究中心正式宣布,他们以99.99994%的置信度发现了希格斯玻色子。这条消息在那一年绝对是整个科学界的第一大新闻,所有报纸的头版头条都在追踪报道这个事件,无数科普文章铺天盖地地向公众涌来,很多知名科学家认为这是物理学四十多年来最重大的发现之一,堪比登月。为什么希格斯子如此重要?因为这是整个标准粒子模型中最后一个没有找到的粒子,而恰恰是这最后一个粒子又是最为重要的一个粒子,它产生了世间万物的质量,你想想,如果没有了质量,那么我们所见的一切有形物都将不复存在,因此,希格斯子还有另外一个非常震撼的别名——上帝粒子。但物理学家们还没有到能沾沾自喜的地步,虽然标准粒子模型预言的所有粒子都找到了,但这个模型却很难看,一点儿也不简洁。打个比方来说,如果一个人问:麻雀、蚂蚱、青蛙、鲫鱼的共同祖先是谁?生物学家把这四种动物用胶水粘到一起,然后扔给你说:“瞧,就是这家伙。”这差不多就是标准粒子模型留给物理学家们的直观感受,它虽然很好地解释了每一个粒子的性质,但是这个模型就像是前面那只共同祖先生物一样,是个长得极为丑陋、复杂、怪异的生物。科学家们普遍相信,一定还有一个比标准粒子模型更加简洁的理论模型,可以自然而然地推导出标准模型,人类对微观世界的探索还远远没有到达尽头。一个里程碑的到来意味着下一段更加艰苦的赛道开始了。

2016年2月12日早上7点50分,像每一个平凡的早晨一样,我洗漱完坐到餐桌旁边准备吃早饭,习惯性地拿起手机,准备放一点什么东西边吃边听。点开微信上的订阅号,我惊讶地发现,被一个词刷屏了——引力波。

尽管几天之前引力波可能被正式发现的消息已经传得满大街都是了,但是当这个消息真正到来的时候,我还是热泪盈眶了,这又是一次人类智力的伟大胜利,爱因斯坦广义相对论的最后一个预言也被证实了,一个人类探索宇宙奥秘的新纪元到来了。像这样的新纪元事件之前还有过两次,第一次是光学望远镜的发明,它让人类拥有了一双真正的“千里眼”;第二次是无线电波的发现和射电望远镜的发明,它让人类突破了肉眼的局限,开启了一种全新的观测宇宙的方法。前两次的飞跃,每一次都让人类获得了难以想象的新发现。而这次引力波的发现,与前两次技术飞跃的意义同样深远,从此人类又获得了一个全新的观测宇宙的方法。我坚信,在不久的将来,我们又能对宇宙有令人难以置信的新发现。关于引力波,我在网上能看到的最好的一篇文章是原载于《纽约客》的长文:《发现引力波背后最完整的内幕故事》,作者是NICOLA TWILLEY,这篇文章的开头写得极好,以至于我实在忍不住要一字不落地引用给你们看:

十几亿年前,距离这里有数百万个河外星系之外,两个黑洞发生了碰撞。它们彼此围绕旋转了亿万年,好像是求爱的舞蹈,每一圈后都在加速,呼啸着靠近对方。到了它们间距只有几百英里的时候,它们几乎以光速旋转,释放出强大的引力能量。时间和空间被扭曲,像是壶里面煮沸的水一样。在不到一秒钟的分毫瞬间里,两个黑洞终于合并为一,它们辐射出比全宇宙的恒星辐射出还多几百倍的能量。它们生成了一个新的黑洞,质量约是62个我们的太阳一般,面积几乎和缅因州一样。在它(新黑洞)平静下来的过程中,逐渐形成一个扁平的球状,最后几缕颤抖的能量逃离出去。然后时间和空间再次寂静了。

黑洞碰撞产生的引力波向四周传播,旅途中随着距离衰减。在地球上,恐龙崛起,演化,消亡。引力波继续前进,大概五万年前,引力波到达了我们的银河系,正当智人开始取代其近亲尼安德特人,开始成为地球上最主要的人猿。100年前,爱因斯坦,灵长类物种中进化得最先进的人类的一员,预言了引力波的存在,激发了数十年的猜测和无果的寻找。20年前,一个巨大的探测器开始建设:the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory(LIGO)。终于,在2015年的9月14号,在中午11点(中欧时间)前,引力波到达了地球。Marco Drago,一位32岁的意大利籍博士后学生,全球LIGO科学合作组织的成员,成为第一个注意到它们的人。Marco当时坐在位于德国汉诺威阿尔伯特·爱因斯坦研究所他自己的电脑前,远程观看LIGO的数据。引力波出现在他的屏幕上,就像一个被压缩了的曲线,不过LIGO装置着全宇宙最精致的耳朵,可以听到千亿分之一英尺的振动,应该仿佛听到了被天文学家称为「蛐蛐叫」的声音——一声微弱的由低到高的呼叫。一年之后,在华府的新闻发布会上,LIGO团队正式宣布那个信号即为历史上第一个直接观测到的引力波。

上面这篇文字我百读不厌,每一次阅读都会产生无限遐想,这是宇宙间最渺小的个体对最恢宏事件的倾听,这是人类文明向宇宙展示的智力成就。

在短短不到两年的时间,我就见证了必定会在人类文明史上留下印记的两大科学新发现,我们这代人难道不是幸运儿吗?2016年2月20日,LIGO团队宣布他们又确认发现了一起引力波事件。但这一次引起的关注就要小得多,这是对的,因为引力波从此会成为天文学研究的常规手段,全世界将会有无数的引力波探测器拔地而起,或者飞向太空。科学将带领着我们窥探隐藏在深处的宇宙奥秘。

1999年,霍金在一次演讲中公开宣称,他愿以1∶1的赔率跟任何人打赌,人类将在20年之内找到万物理论,现在离霍金的赌局结束还剩下几年的时间。这几年里物理学还会有些什么激动人心的发现,谁也无法预知。

超弦理论作为目前万物理论的唯一候选仍然面临诸多挑战,前途似乎非常坎坷。即便是像LHC这样全世界最大的粒子加速器,也只能探测到一百亿亿分之一米大小的尺度(探测更小的尺度需要更高的能量,这意味着把能量聚集到单个粒子的加速器必须做得很大很大),而弦的尺度比我们今天能探测到的尺度还要小17个数量级。因此,如果用今天的技术,至少要把我们的加速器造得跟银河系那么大,才有可能探测出一根根的弦。但是我们不是要等到直接“看”到弦的那一天,才能证明超弦理论是否正确,仍然可以用很多间接证据和实验信号来验证超弦理论。

从第一只古猿直立身体仰望星空,到今天建造出LHC这样的庞然大物,不过大约300万年,和宇宙138亿年的历史来比,就如同一个百岁老人一生中不到8天的时间。然而正是在这“8天”里,我们的哈勃太空望远镜已经能看到138亿光年外的宇宙尽头;我们的LHC能探测到比肉眼能看到的尺度小一亿亿倍的东西;我们发明的理论大到能推测宇宙的膨胀系数,描述星系的运动轨迹,小到可以解释令人难以置信的量子的行为。现在,或许就差那么最后一步,人类将站到一个全新的高度来审视我们所处的这个神奇宇宙。难怪霍金在《大设计》中发出尼采式的宣言:

它(万物理论)将是人类长达三千余年智力探索的成功终结,我们将找到这个宇宙中最伟大的设计!

霍金的理想或许已经真的离我们不远了,在我们的有生之年,很有可能等到物理学家向我们宣布找到万物理论的那一天,我从内心深处为生活在这个激动人心的时代感到庆幸。唯一遗憾的是,我除了静静地等待,似乎什么也做不了。但是如果我亲爱的读者中有即将选择自己人生方向的学子的话,那么请接受我对你的羡慕,你将有机会投身到这场寻找大设计、解答上帝两道终极思考题的智力探索中。未来之路刚刚在你脚下展开,你的这一步或许决定了我能不能在有生之年看到答案!

(全书完)